Jadro piezoelektrickej technológie je založené napiezoelektrický účinok, ktorý sa týka javu, kde určité kryštály (ako kremeň, piezoelektrická keramika, PVDF atď.) Generujú náboje pod mechanickým stresom alebo podliehajú deformácii pod pôsobením elektrického poľa. Môže byť špecificky rozdelený na dva typy účinkov:
Pozitívny piezoelektrický efekt (mechanická energia → elektrická energia)
Ak je kryštál vystavený mechanickým napätiam, ako je tlak a napätie, na povrchu sa generuje jeho vnútorné rozdelenie náboja a rovnaké množstvo opačných očíslovaných nábojov, čím sa vytvorí potenciálny rozdiel. Napríklad pri poklepaní na piezoelektrický keramický list sa na oboch koncoch generuje slabý prúd.
Reverzný piezoelektrický efekt (elektrická energia → Mechanická energia)
Ak sa na obidvoch koncoch kryštálu aplikuje elektrické pole, jeho štruktúra mriežky prechádza reverzibilnou deformáciou (predĺženie alebo kontrakcia) a stupeň deformácie je úmerný pevnosti elektrického poľa. Napríklad použitie striedavého napätia na piezoelektrickú keramiku bude generovať vysokofrekvenčné vibrácie.
1. Aplikácie Piezoelektrických technológií
(1) presná pohon a poloha (inverzný piezoelektrický efekt)
①Piezoelektrický motor: Používanie vysokofrekvenčných vibrácií piezoelektrických materiálov na pohon rotácie rotora má charakteristiky rýchlej odozvy, vysokej presnosti a bez elektromagnetického rušenia. Bežne sa používa na kontrolu presného posunu litografických strojov a výrobných zariadení polovodičov.
②Piezoelektrická nanopozičná platforma: Dosiahnutie presnosti posunu nanometrov (alebo dokonca sub nanometru) prostredníctvom inverzného piezoelektrického efektu, aplikovaného na špičkové vedecké výskumné zariadenia, ako je skenovacia mikroskopia tunelovania tunelov (STM) a mikroskopia Atomic (AFM).
③Piezoelektrická švihovacia tabuľka/Rotačná tabuľka: Ako už bolo uvedené, produkty Xinmei sa používajú na nastavenie laserovej optickej cesty, zarovnanie polonuktorových doštičiek, kalibráciu uhla optických komponentov a ďalšie scenáre na dosiahnutie presného riadenia uhla v druhej úrovni mikro uhla.
(2) senzory a zber energie (pozitívny piezoelektrický efekt)
Senzor tlaku/vibrácie: Piezoelektrické materiály môžu previesť mechanické vibrácie alebo tlak na elektrické signály na monitorovanie vibrácií mosta, diagnostika porúch motora, monitory krvného tlaku atď. Napríklad piezoelektrická keramika v zapaľovači generuje elektrické iskry prostredníctvom nárazu, ktorá okamžite uvoľňuje elektrickú elektrinu s vysokým napätím pomocou pozitívneho piezoelektrického účinku.
②Piezoelektrický energetický Harvester: Prevádzkuje vibračnú energiu v prostredí (ako je jazda autom, stopy, mechanická prevádzka) na elektrickú energiu, poskytuje energiu pre zariadenia s nízkym výkonom, ako sú snímače internetu vecí a bezdrôtové čipy, dosahujúc „sebapotrebné“.
(3) Akustika a ultrazvukové pole
①ultrasonický prevodník: Používa inverzný piezoelektrický účinok na vytváranie vysokofrekvenčných ultrazvukových vĺn pre lekárske ultrazvukové zobrazovanie (B-ultrasound), priemyselné nedeštruktívne testovanie (detekcia vnútorných trhlín v metáloch) a ultrazvukového čistenia (čistiace diely prostredníctvom kreatívneho účinku).
②Piezoelektrický reproduktor/mikrofón: Reproduktor vytvára zvuk vibrujúcimi piezoelektrickými materiálmi, zatiaľ čo mikrofón generuje elektrické signály komprimovaním piezoelektrických materiálov zvukovými vlnami. Bežne sa používa v malých zvukových zariadeniach, ako sú načúvacie pomôcky a slúchadlá.
(4) lekárska a biotechnológia
①Piezoelektrický mikrofluidný čip: Používa sa na biologické experimenty, ako je skríning liečiva a separácia buniek reguláciou prietoku kvapaliny v mikrokanáloch prostredníctvom piezoelektrických vibrácií.
②Piezoelektrické chirurgické nástroje, ako sú piezoelektrické kostné píly, používajú vysokofrekvenčné vibrácie na dosiahnutie presného rezania a zníženia poškodenia tkaniva, vďaka čomu sú vhodné pre minimálne invazívnu ortopedickú chirurgiu.
(5) Spotrebná elektronika a inteligentné zariadenia
① Vibračný motor mobilného telefónu: Niektoré špičkové mobilné telefóny používajú piezoelektrické vibrátory, ktoré majú vlastnosti rýchlejšej reakcie a jemnejšieho vibračného režimu v porovnaní s tradičnými excentrickými motormi kolies (napríklad Taptic Engine iPhone).
Modul rozpoznávania fingerprintu: Piezoelektrické snímače odtlačkov prstov rozpoznávajú vzorce odtlačkov prstov prostredníctvom zmien náboja spôsobené tlakom, ktoré majú výhody proti znečisteniu a vysokej presnosti rozpoznávania.
2. Typické prípady aplikácie
(1) Výroba polovodičov: V litografických strojoch sa na reguláciu presného pohybu litografických šošoviek používajú piezoelektrické nanoplatformy, čím sa zabezpečuje presnosť expozície nanometrov na úrovni nanometrov.
(2) Nové energetické vozidlá: Piezoelektrické senzory sa používajú na monitorovanie vibrácií a tlaku batérií, čím sa zabezpečuje bezpečnosť batérie; Piezoelektrický energetický kombajn môže premeniť energiu vibrácií pneumatík na elektrickú energiu na napájanie palubných elektronických zariadení.
(3) Aerospace: Piezoelektrické materiály sa používajú na výrobu vysoko spoľahlivých senzorov tlaku, ktoré monitorujú zmeny tlaku vzduchu a teploty vo vnútri motorov lietadiel.
3.Technologické výhody a výzvy
(1) Výhody: rýchlosť rýchlosti odozvy (hladina nanosekundu), vysoká presnosť (nanometer/mikro uhle druhá úroveň), kompaktná štruktúra, žiadne elektromagnetické interferencie, vhodné pre extrémne prostredie, ako je vysoká teplota a vákuum.
(2) Výzva: nízka výstupná sila (vyžadujúca mechanizmus zosilnenia), vysoké pohonné napätie (zvyčajne desiatky až stovky voltov), potenciálne problémy s únavovým starnutím počas dlhodobého použitia, ktoré je potrebné vylepšiť prostredníctvom optimalizácie materiálu (ako je napríklad piezoelektrický keramický keramický keramický keramický keramič.
Piezoelektrická technológia s jedinečnými charakteristikami „elektromechanického spojenia“ sa rozširuje od tradičných polí po špičkové smery, ako je inteligentná výroba, kvantová technológia a biomedicína, čím sa stáva jednou z hlavných podpory mikro nano technológie.
